航天——梦想与现实

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1、航天——梦想与现实我国的航天成就2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空。2003年10月15日神舟五号杨利伟2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏火箭带来的希望火箭以什么速度发射？火箭飞行的基本原理万有引力牛顿万有引力定律：物体的质量越大，万有引力越大；物体间距离越近，万有引力越大。重力地面上的物体怎样才能离开地球？地面上的物体怎样才能离开地球？11.2km/s>v>7.9km/s11.2km/s16.7km/s宇宙速度第一宇宙速度第三宇宙速

2、度第二宇宙速度7.9km/s万有引力提供物体作圆周运动的向心力=1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s（１）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；（２）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s（１）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；（２）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动第二宇宙速度v2=11.2km/s第一宇宙速度v1=7.9km/s第三宇宙速度v3=16.7km

3、/s思考：向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？一、人造卫星的发展历程卫星是一些自然的或人工的在太空中绕行星运动的物体19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基首先提出制造人造卫星的设想（喷气推进的多级火箭）第一颗人造地球卫星何时何地发射成功1957年10月4日苏联第一艘载人飞船何时何地发射成功1961年4月12日苏联加加林东方一号载人飞船人类何时登上月球1969年7月16日9时32分，美国阿波罗11号升空，19日进入月球轨道，20日下午4时17分着陆，10时56分阿姆斯特朗踏上月面对个人来说，这不过是小小的一步，但对

4、人类而言，却是巨大飞跃三、人造卫星的动力学关系地球运行速度：卫星在圆周轨道上运动的线速度。同步卫星火箭飞行的基本原理低速情况下的两类变质量问题：粘附:主体的质量增加（如滚雪球)抛射:主体的质量减少（如火箭发射）“土星五号”火箭起飞推力：全长：85.0m最大直径：9.85m起飞质量：2800吨“土星”5号火箭启程登月时，5台发动机每秒钟消耗近3吨煤油，产生的推力相当于32架波音747的起飞推力；迄今为止最大的巨型运载火箭，其由600万个部件组成，近地轨道运载能力达139吨，它能把重达50吨的阿波罗飞船送入登月轨道。搬运土星5号火箭的搬运汽车，长

5、35米，高6米，自重2700吨，当它载运土星5号火箭时，总重量为5400吨，只能以1.6公里的时速缓慢地把火箭运往发射场。土星五号运载火箭专为阿波罗登月研制t时刻M)(主体质量含燃料速度v(对某星)+时刻tdt喷燃气mdu(对主体)+vdv(对某星))(主体质量含燃料mdMdvMumd假设宇宙火箭在某航程中可不计外力作用应用动量守恒定律证明：火箭主体速率微变假设火箭不受外力的情形（在自由空间飞行）1.t时刻的火箭系统火箭壳体+尚存燃料发射总体过程：此时火箭总质量为Mt时刻火箭的速率火箭系统总动量：是火箭相对地的速率(点火)(燃料烧尽)vM燃料

6、相对箭体以恒速喷出2.时刻的火箭系统火箭体的速度增为火箭系统总动量：喷出燃料速度(对地)：喷出燃料的质量：喷出dm等于火箭质量的减小mdu+vdvmdM初态：系统质量，速率(对地),动量末态：喷出燃料的质量：系统动量由动量守恒定律：经整理得：速率公式火箭质量比：讨论：提高的途径(1)提高（现可达目前单级火箭的质量比可做到15，从静止开始可获得末速度11km/s，因受空气阻力，末速度仅达7Km/s.小于7.9Km/s.为提高N，采用多级火箭（一般为三级）(2)增大（受一定限制）第一级火箭先点火，火箭立即加速上升，第一级火箭燃料烧完后，自动脱落以

7、增大以后火箭的质量比；随后第二级火箭点火加速飞行，燃料用完又自动脱落，然后第三级火箭点火…火箭发射程序：火箭的质量比分别是：各级火箭的喷气速度分别是：多级火箭的终极速度：由于技术原因，多级火箭一般是三级的；串联式并联式混联式火箭的级数不是越高越好，级数越多，构造越复杂，工作时的可靠性就越差。资料：我国的长征三号（三级大型运载火箭）全长：43.25m最大直径：3.35m起飞质量：202吨起飞推力：运载火箭均为一次使用,每次发射,少的几千万美元,多的上亿美元。不能重复使用,火箭专家正在研究能多次使用的运载火箭。希望每次使用后返回地面,像飞机那样经

8、过简单的维修,又可再使用。长征三号丙运载火箭一枚三级大型液体捆绑式运载火箭主要用于发射地球同步轨道卫星运载能力为3.8吨,全长54.838米;全箭起飞质量345吨，